綜合陽離子鉆井液體系在JZ25-1SA區塊的研究及應用

董平華，黃新平

(中海油田服務股份有限公司油田化學事業部 天津300457)

綜合陽離子鉆井液體系在JZ25-1SA區塊的研究及應用

董平華，黃新平

(中海油田服務股份有限公司油田化學事業部 天津300457)

針對JZ25-1SA區塊難點，先后嘗試了PEC、PEM鉆井液體系，后期引進陽離子體系，經過不斷的細化和優化，形成了綜合陽離子體系及針對 JZ25-1SA區塊的操作工藝。綜合陽離子體系具有優良的攜砂、防塌、封堵性能和合適的抑制性能。

JZ25-1SA區塊 綜合陽離子體系 攜砂性能 防塌封堵性能 抑制性能

JZ25-1SA區塊是渤海遼東灣的高產區塊，但是由于此區塊井貫穿層位較多且各個層位都有自己鮮明的特點，給鉆井工程方面造成了起泥球、垮塌、鉆進期間蹩抬鉆具、倒劃眼時憋壓蹩扭矩、起下鉆困難等復雜情況。針對本區塊難點，先后嘗試了 PEC、PEM鉆井液體系，陽離子體系，經過不斷的細化和優化，最終形成了綜合陽離子體系及針對 JZ25-1SA區塊的操作工藝。綜合陽離子體系具有優良的攜砂、防塌、封堵性能和合適的抑制性能。

1 地層特點及鉆井液技術難點

①明化鎮組，淺灰色砂礫巖、細砂巖夾少量綠灰色泥巖。巖性疏松，孔隙度高，滲透性好，易滲漏，易形成大肚子井眼，造成攜砂困難，為形成泥球留下隱患。②館陶組，淺灰色、灰色含礫中砂巖，砂巖夾少量深灰色泥巖。孔隙度高，滲透性好，由于地層壓力的不同，特別是長裸眼的情況下，在館陶組易形成壓差厚泥餅，造成假縮徑及起下鉆阻卡現象，甚至造成卡鉆事故。③東營組，大段綠灰色、深灰色泥巖。東營組泥巖分散性強，鉆井液的流態由于有害固相的侵入而不穩定，而且層理發育，由于濾液的侵入以及應力的變化，易形成垮塌現象。④沙河街組，灰色泥巖、褐灰色泥巖與灰色粉砂巖不等厚互層。沙河街組的砂泥巖互層造成地層的可鉆不均質性，在鉆進的過程中易形成臺階。同時，沙河街組泥巖造漿能力強，易水化膨脹，砂巖的滲透性高，造成了沙河街組的井眼不規則，倒劃眼起鉆過程中憋壓、蹩扭矩現象嚴重。

2 鉆井液體系的選擇和優化

2.1 本區塊使用的體系及各自體系的特點

本區塊先后使用了 PEM、PEC、陽離子和綜合陽離子鉆井液體系，其各自表現出了其本身的優缺點。

2.1.1 PEM鉆井液體系

此體系抑制性強，流變性能穩定，能有效防止泥包，達到較好的封堵性能，失水較小，鉆井液濾液侵入淺。但抑制性較強，造成井徑相對規則，井壁較硬脆，起下鉆過程中憋扭矩現象明顯，容易形成剝落掉塊，動切力及三六轉粘度較低，隨著井斜以及井深的增加，不能及時有效地將巖屑攜帶干凈，造成巖屑滯留井內，以致鉆進過程中有憋壓、憋扭矩現象，起下鉆時劃眼困難。

2.1.2 PEC鉆井液體系

此體系可提供較好的攜砂和懸浮能力，對地層及巖屑實行軟抑制，機械鉆速較快，井壁及巖屑較軟，減小了倒劃眼起鉆的難度。但是 PEC鉆井液抑制性相對較弱，不能有效抑制東營組泥巖的分散，粘度和密度上漲明顯，鉆井液流變性能變化較大，不易控制，增加工作量，同時巖屑較粘軟，易粘結成團和粘附井壁，導致鉆進過程中及倒劃眼起鉆時常有憋壓、憋扭矩現象。正電膠的加入以及有害固相的侵入也會導致PEC鉆井液的失水偏大。

2.1.3 陽離子鉆井液體系

引入 PF-CPI(改進型，Mutif)為主劑，對粘土采取部分抑制，部分分散的措施。本體系可提供較好的攜帶能力，返砂較PEC體系有所改善，抑制性較PEC體系稍強，增加了鉆井液流變性能的可操作性，但仍不能有效抑制東營組泥巖的分散，粘度和密度易上漲，流變性能不易控制。巖屑較粘軟，易粘結成團和粘附井壁，導致鉆進過程中及倒劃眼起鉆時常有嚴重的憋壓、憋扭矩現象。而且 PF-CPI的加入引起粘切上漲，失水增大，并且失水不易降低。

2.1.4 綜合陽離子鉆井液體系

針對陽離子體系出現的問題，我們對陽離子體系做了進一步的改進，引入 K＋和聚合醇，配合陽離子抑制劑，進一步提高鉆井液的抑制性；適當降低 PFCPI的加量，引入適量正電膠調節切力；引入非離子降失水劑進一步降低失水，并對鉆井液施工工藝做了些微調整，逐步形成了現在的綜合陽離子體系的操作方案。K＋和聚合醇配合陽離子抑制劑，進一步加強了抑制性，鉆井液流變性能穩定，易于控制和調整，鉆進過程中的返砂增多，且巖屑成型，倒劃眼過程中的憋卡問題得到明顯改善；推遲轉化深度，使砥礪巖階段的起下鉆情況有所改善，材料配伍性明顯，實現較好的封堵性能，失水得到有效的控制。

2.2 材料的選擇和作用

2.2.1 聚合醇的選擇

本體系充分利用了聚合醇的抑制、防塌、潤滑性能，通過穩定井壁、抑制鉆屑水化分散而達到穩定鉆井液性能、降低鉆具扭矩、保護油氣層的目的。聚合醇是一種非離子表面活性劑，具有濁點效應，當溫度高于濁點溫度時，發生相分離而從水中析出，形成憎水膜聚集在粘土表面，抑制泥頁巖的水化膨脹。聚合醇可增大濾液的粘度、降低濾液的化學活性，抑制頁巖的水化分散。同時聚合醇吸附于固體顆粒與鉆具表面類似油相的分子膜，可以改善鉆井液的潤滑性能，且有效降低鉆井液的塑性粘度，對鉆井液的流變性能調節起到了一定的作用。

2.2.2 無機鹽氯化鉀的選擇

本體系加入少量無機鹽氯化鉀，利用無機鹽和聚合醇的協同增效效應，增強鉆井液的弱抑制和防塌效果。

2.2.3 陽離子抑制劑的選擇

本體系采用陽離子抑制劑PF-CPI和包被抑制劑PF-PLH對巖屑進行有效的包被，防止巖屑的粘結和分散。

2.2.4 有機正電膠的選擇

本體系保留 PEC體系中的正電膠，但是其加量減至最低，在加量很小的情況下，它便可以給鉆井液提供一定的微弱結構，故它的主要作用為調節鉆井液的粘切，以最大限度地保證攜砂。

2.2.5 降失水材料的選擇

本體系采用陽離子淀粉 PF-FLOCAT和非離子型降失水劑PF-CPA作為主要降失水劑，盡量保證鉆井液體系的陽離子環境，降低鉆井液的濾失量。同時體系中加入磺化瀝青 PF-DYFT和成膜封堵劑 PFLPF，加強鉆井液的封堵性能。

3 現場應用

3.1 綜合陽離子鉆井液體系典型配方(見表1)

表1 綜合陽離子體系典型性配方Tab.1 Typical formula for the integrated cation drilling fluid system

3.2 操作工藝

3.2.1 平原及明化鎮組鉆進

上部平原組和明化鎮組地層，砂巖為主，結構松散，井眼容易出現垮塌，形成大肚子井眼，采用高粘度高切力的膨潤土漿，提高攜砂能力，穩定井眼，有利于安全鉆進，配合 PF-SEAL和 PF-SZDL預防滲漏，保持高的pH值，促進少量泥巖的分散，以便及時清除。

3.2.2 館陶組鉆進期間

館陶組為沙礫巖，機械鉆速緩慢，利用這段時間轉化鉆井液體系為綜合陽離子體系，加強封堵，為進入東營組做好準備。鉆穿館陶前 30～50,m開始轉化泥漿，轉化前控制搬含小于 40,g/L，首先在一個循環周內均勻加入PF-PAC HV和PF-XC H對海水膨潤土漿護膠，之后同樣在一個循環周內補充剪切稀釋好的轉化膠液。轉化完成后調整鉆井液性能，鉆井液中加入 PF-SZDL，提高承壓能力，出館陶前提高密度到1.26,g/cm3。密度到位后，用PF-JMH-YJ提粘切，控制粘度在 65,s/qt以內，及時向井漿中加入 PF-LUBE、PF-JLX C，并一次性提高含量至 3%以上，提高泥漿的潤滑性、抑制性，KCl以膠液形式加入，控制 K＋大致在5,000,mg/mL左右。

3.2.3 東營組鉆進期間

主要調節鉆井液對東營組泥巖的有效抑制性和攜帶性能，保證鉆井液的清潔，同時控制失水，保證泥餅質量，穩定井壁。維持膠液正常補充，維持 PFLUBE、PF-JLX C 的含量，維持 K＋在 7,000～8,000,mg/mL，維持 PF-PLH和 PF-CPI的有效含量，以對東營組泥巖進行有效弱抑制，粘度控制在 55～65,s范圍內，動切力大于12,Pa，動塑比0.38以上，保證優良的攜砂性能，如粘切偏低，可點入少量 PFJMH YJ，提高粘切。

3.2.4 沙河街組鉆進期間

流變性能相對容易控制，但是砂泥巖互層容易形成不規則井眼，提高對泥巖抑制性的同時要加強封堵，隨著井深的增加，保持優良的流變性能，維持動塑比，以保證攜帶。所以在進入沙河街之前，可適當降低膠液中 PF-PLH 含量至 4～5,kg/m3，K＋含量5,000～6,000,mg/mL，依然維持 PF-JLX C 的含量不低于3%，同時加大封堵材料PF-DYFT和PF-LPF的含量，為配合排量降低可適當調整粘度在 62～65,s/qt。

4 應用效果

4.1 適當有效的抑制性

體系采用弱抑制的理念，主要應用聚合醇、PFCPI和 PF-PLH的抑制作用，同時配合適量無機鹽氯化鉀，利用其和以上材料的協同作用，控制鉆井液流變性能，對巖屑進行弱抑制，防止泥球、掉塊的形成，避免井壁硬脆現象，保證井壁穩定，倒劃眼起鉆期間的蹩扭矩現象有明顯改善，大大提高了起下鉆時效。

圖1 A4H井，東營組鉆屑，綜合陽離子體系Fig.1 A4H Well，drilling cuttings of Dongying formation created by the integrated cation drilling fluid system

從圖1我們可以看出，綜合陽離子體系抑制的鉆屑基本成型，但巖屑的硬度并不大，巖屑存在部分分散，但經過固控設備可以清除，保證了鉆井液的穩定。

4.2 良好的降失水和封堵性能

綜合陽離子體系主要降失水材料為非離子型降失水劑 PF-CPI，并配合 PF-DYFT、PF-LPF和 PFGRA，有效控制鉆進液的失水，保證泥餅質量，同時聚合醇增加濾液的粘度，降低濾液的活性，進一步降低失水對井壁穩定的影響。

圖2 JZ25-SA部分井的垂深失水曲線Fig.2 Filtration loss-vertical depth graph of some wells in JZ25-SA

由圖2我們可以看出，自轉化為綜合陽離子體系之后，鉆井液的失水基本控制在 3～5,mL，并隨著井深的增加，失水呈現下降趨勢。

4.3 優良的流變性能

綜合陽離子體系的陽離子環境能夠保持鉆井液較高的動切力和三六轉，同時聚合醇和潤滑油在細微顆粒間的吸附，可以降低鉆井液的塑性粘度，在較好的固控條件下，保證較大的動塑比，對水平井攜砂起到關鍵作用。

表2 JZ25-1SA4H井鉆井液流變性能表Tab.2 Drilling fluid rheological properties of JZ25-1SA4H Well

圖3 J-Z25-1SA4H井綜合陽離子鉆井液流變性能曲線Fig.3 Integrated cation drilling fluid rheological property graph of JZ25-1SA4H Well

從表2和圖3我們可以看出，綜合陽離子鉆井液體系的粘度穩定在 60,s/qt左右，隨著鉆進井深的及鉆井時間的增加，動切力和三六轉緩慢下降，塑性粘度緩慢增加，動塑比有下降趨勢，但 YP依然維持在12,Pa以上，三六轉維持在5,mPa.s以上，動塑比維持在0.36以上，總體表現出流變性能的穩定性。

4.4 起下鉆效果明顯

經過不斷的優化和細化鉆井液方案，同時加上完善的鉆井工程措施配合，JZ25-1SA區塊起下鉆期間的憋壓、蹩扭矩及阻卡現象明顯減少，起下鉆時效得到明顯的改善。

從圖4可以看出，12 1/4"井段的平均起鉆速度有了大幅提高，提速效果顯著。

圖4 PEM和綜合陽離子鉆井液體系平均起鉆速度對比Fig.4 Average drilling speed comparison between PEM and the integrated cation drilling fluid system

5 總結及建議

針對JZ25-1SA區塊的地層特點及技術難點，綜合陽離子鉆井液體系進行了合理的材料選擇和操作工藝的優化，有效提高了鉆井時效及起下鉆時效，縮短了鉆進井周期。

［1］杜小勇，張寧. 正電型“雙保”鉆井液技術在輪古地區的應用[J]. 鉆采工藝，2004，27(6)：76-78.

［2］楊小華，王中華. 油田用聚合醇化學劑研究與應用[J]. 油田化學，2007，24(2)：171-174.

［3］劉平德，牛亞斌，張梅. 一種新型聚合醇鉆井液體系的研制[J]. 天然氣工業，2005，25(1)：100-102.

［4］李會娟，鮑衛和，馬忠平. 聚合物防塌鉆井液在天津地熱定向井的應用[J]. 探礦工程(巖土鉆掘工程)，2007(6)：53-55.

［5］熊臘生，許京國，張松杰. 環保型正電聚醇鉆井液在大港油田的應用研究[J]. 鉆井液與完井液，2006，23(5)：36-39.

［6］李青，秦濤，董志國，等. 勝利油區防塌鉆井液的研發及應用[J]. 油田化學，2007，24(2)：100-102.

Research and Application of an Integrated Cation Drilling Fluid System in JZ25-1SA Oilfield

DONG Pinghua，HUANG Xinping
(Oilfield Chemical Division of China Oilfield Services Ltd.，Tianjin 300457，China)

To tackle difficulties encountered in the JZ25-1SA Oilfield，PEC and PEM drilling fluid systemswere tried successively，and then a cation drilling fluid system was introduced. Through correction an optimization，an integrated cation drilling fluid system was formed and operating processes for the oilfield were developed. Thissystem features good capacity of sand-carrying and good properties of anti-sloughing，sealing and moderate rejection.

JZ25-1SA oilfield；integrated cation drilling fluid system；sand-carrying capability；anti-sloughing and sealing capability；rejection property

TE254

A

1006-8945(2014)10-0042-04

2014-09-10